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矩形微槽道内纳米流体流动阻力特性研究

作　者: 廖寿学
导　师: 罗小平
学　校: 华南理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 磁流体微槽道沸腾传热流阻特性
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 87次
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内容摘要

研究细微通道在换热领域的应用目的是使换热设备更高效而且小型化、微型化以适应当前微小器件换热的需要。纳米流体有其特殊的功能,是目前换热领域研究的一个热点。大量的实验和理论研究表明,细微通道内纳米流体的换热可以提高换热器件的功效。本文以磁性Fe₃O₄-水纳米流体为工质,进行磁性纳米流体在0.6mm×2mm、1mm×2mm、2mm×2mm三种不同微槽内的流动沸腾阻力特性实验。在不外加磁场作用情况下的实验表明:在同一质量流量下,Fe₃O₄-水纳米流体的两相摩擦压降随壁面热流密度、出口干度的增大而增大;在本试验中,相同条件下,两相摩擦压降随质量流量的增大而增大。尺寸小的微槽两相摩擦压降显著大于尺寸大的微槽。在外加磁场作用时,两相摩擦压降比未加磁场时增大,磁场越大两相摩擦压降的增幅越大但增幅不是很明显。将0.6mm×2mm微槽实验结果与三个细微通道预测模型计算结果比较,三个模型预测效果有较大误差,效果最好的M-H模型平均相对误差35.7%,这几个模型均不能很好预测本实验结果。实验观察到微槽进出口总压降不规则的波动。对进出口压降波动信号的时域分析发现,进出口平均压降、压降波动范围以及其方差随热流密度的增大而增大,随质量流速的增大而减小。功率谱分析发现,总压降的波动频率随热流密度和质量流量的增大而减小;在热流密度小,沸腾起始阶段总压降频率比较大、频率范围也较宽。而其峰值功率随热流密度增大而增大随质量流量的增大而减小。计算进出口总压降的赫斯特特征指数,发现赫斯特指数均大于0.5且随热流密度的增大而增大,进一步表明了压降波动是具有不同成分的周期性。以本实验的结果为基础,建立基于支持向量机的两相摩擦压降预测模型,该模型预测本实验结果,平均误差4.68%。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-20
  1.1 研究的背景及意义  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-18
    1.2.1 引言  11-12
    1.2.2 细微通道流动换热阻力特性  12-14
    1.2.3 纳米流体的研究现状  14-16
    1.2.4 磁性纳米流体的研究现状  16-18
  1.3 课题的来源及主要研究内容  18
  1.4 本章小结  18-20
第二章两相沸腾流动压降计算的基本理论  20-24
  2.1 两相流与多相流  20
  2.2 沸腾两相流压降计算  20-23
  2.3 细微通道的两相流动压降计算模型  23
  2.4 基于L-M 模型的两相流动压降计算步骤  23-24
第三章实验装置和实验方法  24-41
  3.1 实验装置与方法  24-25
  3.2 实验段  25-27
  3.3 Fe_3O_4-水纳米流体的制备  27-30
    3.3.1 Fe_3O_4-水纳米流体的制备  27-28
    3.3.2 纳米流体物性的计算  28-30
  3.4 实验设备  30-34
    3.4.1 温度传感器  30
    3.4.2 压力变送器  30-31
    3.4.3 流量测量仪器  31
    3.4.4 调压器  31-32
    3.4.5 24V 直流稳压电源  32-33
    3.4.6 磁场发生器线圈  33
    3.4.7 超声波震荡仪  33-34
    3.4.8 恒温水箱的PID 控制仪  34
  3.5 实验数据采集  34-39
    3.5.1 数据采集卡  34-35
    3.5.2 数据采集模块  35-36
    3.5.3 采集程序的开发  36-39
  3.6 实验过程与方法  39-40
    3.6.1 实验前的准备工作  39
    3.6.2 实验方法  39-40
    3.6.3 实验后序工作  40
  3.7 本章小结  40-41
第四章微槽道内纳米流体沸腾流阻特性实验研究  41-53
  4.1 实验数据处理  41-43
    4.1.1 摩擦压力降分析计算  41-43
  4.2 Fe_3O_4-水纳米流体两相摩擦压降与热流密度的关系  43-44
  4.3 Fe_3O_4-水纳米流体两相摩擦压降与出口干度的关系  44-45
  4.4 Fe_3O_4-水纳米流体质量流速对两相压降的影响  45
  4.5 槽道尺寸对两相摩擦压降的影响  45-46
  4.6 磁场对Fe_3O_4-水纳米流体两相摩擦压降的影响  46-49
  4.7 Fe_3O_4-水纳米流体两相摩擦压降与计算模型的比较  49-50
  4.8 实验误差环节  50-52
    4.8.1 误差环节的具体分析和控制  51-52
  4.9 本章小结  52-53
第五章实验段进出口压降波动特性  53-64
  5.1 压力波动的时频分析  53-59
  5.2 压力波动的动力学分析  59-62
  5.3 本章小结  62-64
第六章两相沸腾流动摩擦压降的预测  64-70
  6.1 支持向量机的基本介绍  64-67
  6.2 建立预测模型  67-69
    6.2.1 数据处理与样本提取  67
    6.2.2 选择核函数及PSO 参数优化算法  67-68
    6.2.3 训练方法  68
    6.2.4 预测结果  68-69
  6.3 本章小结  69-70
总结和展望  70-72
  本文的研究结论  70
  实验创新点  70-71
  建议和展望  71-72
参考文献  72-78
附录 Matlab 程序  78-82
攻读硕士期间发表的学术论文  82-83
致谢  83-84
附件  84

矩形微槽道内纳米流体流动阻力特性研究

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